Energija je skalarna veličina. U SI sistemu, jedinica mjere za energiju je Joule.

Kinetička i potencijalna energija

Postoje dvije vrste energije - kinetička i potencijalna.

DEFINICIJA

Kinetička energija Da li je energija koju tijelo posjeduje zbog svog kretanja:

DEFINICIJA

Potencijalna energija - To je energija, koja je određena međusobnim rasporedom tijela, kao i prirodom sila interakcije između ovih tijela.

Potencijalna energija u gravitacionom polju Zemlje je energija usled gravitacione interakcije tela sa Zemljom. Određuje se položajem tela u odnosu na Zemlju i jednak je radu pomeranja tela iz date pozicije na nulti nivo:

Potencijalna energija - energija zbog interakcije dijelova tijela jedan s drugim. Jednaka je radu vanjskih sila pri zatezanju (stiskanju) nedeformisane opruge po vrijednosti:

Tijelo može istovremeno posjedovati i kinetičku i potencijalnu energiju.

Ukupna mehanička energija tijela ili sistema tijela jednaka je zbiru kinetičke i potencijalne energije tijela (sistema tijela):

Zakon o očuvanju energije

Za zatvoreni sistem tela važi zakon održanja energije:

U slučaju kada na tijelo (ili sistem tijela) djeluju vanjske sile, na primjer, zakon održanja mehanička energija nije izvršeno. U ovom slučaju, promjena ukupne mehaničke energije tijela (sistema tijela) jednaka je vanjskim silama:

Zakon održanja energije omogućava uspostavljanje kvantitativne veze između razne forme kretanje materije. Isto tako, važi ne samo za, već i za sve prirodne pojave. Zakon održanja energije kaže da se energija u prirodi ne može uništiti na isti način kao što se može stvoriti ni iz čega.

U svom najopštijem obliku, zakon održanja energije može se formulisati na sledeći način:

• energija u prirodi ne nestaje i ne stvara se ponovo, već samo prelazi iz jedne vrste u drugu.

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

Vježba	Metak koji leti brzinom od 400 m/s udari u zemljanu osovinu i putuje do zaustavljanja od 0,5 m. Odrediti otpor osovine kretanju metka ako je njegova masa 24 g.
Rješenje	Sila otpora osovine je vanjska sila, stoga je rad ove sile jednak promjeni kinetička energija meci: Budući da je sila otpora osovine suprotna smjeru kretanja metka, rad ove sile: Promjena kinetičke energije metka: Dakle, možemo napisati: odakle sila otpora zemljanog okna: Pretvorimo jedinice u SI sistem: g kg. Izračunajmo otpornu silu:
Odgovori	Sila otpora osovine 3,8 kN.

PRIMJER 2

Vježba	Teret težine 0,5 kg pada s određene visine na ploču težine 1 kg, postavljenu na oprugu s faktorom krutosti od 980 N / m. Odredite vrijednost najveća kompresija opruge, ako je u trenutku udara teret imao brzinu od 5 m/s. Udarac je neelastičan.
Rješenje	Zapišimo opterećenje + ploča za zatvoreni sistem. Pošto je uticaj neelastičan, imamo: odakle je brzina ploče sa opterećenjem nakon udara: Prema zakonu održanja energije, ukupna mehanička energija tereta zajedno sa pločom nakon udara jednaka je potencijalnoj energiji sabijene opruge:

Laboratorijski rad br.3

tema:"Očuvanje mehaničke energije pri kretanju tijela pod utjecajem gravitacije i elastičnosti"

Target: 1) naučiti mjeriti potencijalnu energijutijelo podignuto iznad tla i elastično deformirano opruge;

2) uporedite dvije vrijednosti - smanjenje potencijalne energije tijela pričvršćenog za oprugu kada ona pada i povećanje potencijalne energije istegnute opruge.

Uređaji i materijali: 1) dinamometar čija je brzina opruge 40 N / m; 2) merni lenjir; 3) opterećenje iz kompleta prema mehanici; masa tereta je (0,100 ± 0,002) kg; 4) držač; 5) tronožac sa rukavom i stopom.

Osnovne informacije.

Ako je tijelo sposobno za rad, onda kažu da ima energiju.

Mehanička energija tela -to je skalarna vrijednost jednaka maksimalnom radu koji se može obaviti pod datim uslovima.

Označeno E Energetska jedinica u SI

Kinetička energija - to je energija tijela zbog njegovog kretanja.

Fizička veličina jednaka polovini umnoška mase tijela na kvadrat njegove brzine naziva se kinetička energijatijelo:

Kinetička energija je energija kretanja. Kinetička energija tjelesne mase m kretanje brzinom jednako je radu koji mora izvršiti sila primijenjena na tijelo u mirovanju da bi mu se prenijela ova brzina:

Zajedno s kinetičkom energijom ili energijom kretanja u fizici važnu ulogu koncept igranja potencijalna energija ili energija interakcije tela.

Potencijalna energija– energija tijela zbog međusobnog rasporeda tijela ili dijelova jednog tijela u interakciji.

Potencijalna energija tela u gravitaciji(potencijalna energija tijela podignutog iznad tla).

Ep = mgh

Jednaka je radu koji gravitacija obavlja pri spuštanju tijela na nulu.

Istegnuta (ili stisnuta) opruga je u stanju da pokrene tijelo koje je za nju pričvršćeno, odnosno da ovom tijelu prenese kinetičku energiju. Shodno tome, takav izvor ima rezervu energije. Potencijalna energija opruge (ili bilo kojeg elastično deformiranog tijela) naziva se količina

Gdje je k krutost opruge, x je apsolutno izduženje tijela.

Potencijalna energija elastično deformisanog tijela jednak je radu elastične sile pri prelasku iz datog stanja u stanje sa nultom deformacijom.

Potencijalna energija prilikom elastične deformacije je energija interakcije pojedinih dijelova tijela međusobno elastičnim silama.

Ako tijela koja čine zatvoreni mehanički sistem, međusobno djeluju samo silama gravitacije i elastičnosti, tada je rad ovih sila jednak promjeni potencijalne energije tijela, uzetih sa suprotnim predznakom:

A = - (Ep2 - Ep1).

Prema teoremi kinetičke energije, ovaj rad je jednak promjeni kinetičke energije tijela:

Stoga Ek2 - Ek1 = - (Ep2 - Ep1) ili Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2.

Zbir kinetičke i potencijalne energije tijela koja čine zatvoreni sistem i međusobno djeluju silama gravitacije i elastičnim silama, ostaje nepromijenjen.

Ova izjava izražava zakon očuvanja energije u mehaničkim procesima. To je posljedica Newtonovih zakona.

Zove se zbir E = Ek + Ep puna mehanička energija.

Ukupna mehanička energija zatvorenog sistema tijela koja međusobno djeluju samo konzervativnim silama ne mijenja se ni pri jednom kretanju ovih tijela. Postoje samo međusobne transformacije potencijalne energije tijela u njihovu kinetičku energiju, i obrnuto, odnosno prijenos energije s jednog tijela na drugo.

E = Ek + Estr = konst

Zakon održanja mehaničke energije je ispunjen samo kada tijela u zatvorenom sistemu međusobno djeluju konzervativnim silama, odnosno silama za koje se može uvesti pojam potencijalne energije.

U realnim uslovima, skoro uvek, zajedno sa gravitacionim silama, silama elastičnosti i drugim konzervativnim silama, na pokretna tela deluju sile trenja ili otpora sredine.

Sila trenja nije konzervativna. Rad sile trenja zavisi od dužine putanje.

Ako sile trenja djeluju između tijela koja čine zatvoreni sistem, tada se mehanička energija ne čuva. Dio mehaničke energije pretvara se u unutrašnju energiju tijela (zagrijavanje).

Opis instalacije.

Za rad se koristi instalacija prikazana na slici. To je dinamometar postavljen na tronožac sa bravom 1.

Opruga dinamometra je završena žičanom šipkom sa kukom. Zasun (u uvećanoj skali prikazan je posebno - označen brojem 2) je ploča od svijetle plute (dimenzija 5 X 7 X 1,5 mm), izrezana nožem do sredine. Postavlja se na žičanu šipku dinamometra. Zasun treba da se kreće duž osovine sa malim trenjem, ali trenje i dalje mora biti dovoljno da zasun ne padne sam od sebe. U to se morate uvjeriti prije početka rada. Za to se držač ugrađuje na donji kraj vage na granični nosač. Zatim se rastežu i oslobađaju.

Zaustavnik zajedno sa žičanom šipkom treba da se pomeri prema gore, označavajući maksimalno produženje opruge, jednako rastojanju od graničnika do fiksatora.

Ako podignete teret koji visi na kuki dinamometra tako da se opruga ne rastegne, tada je potencijalna energija tereta u odnosu na npr. površinu stola mgh... Kada teret padne (spuštanje udaljenosti x = h) potencijalna energija tereta će se smanjiti za

E 1 = mgh

a energija opruge tokom njene deformacije raste za

E 2 = kx 2/2

Radni nalog

1. Čvrsto pričvrstite uteg iz mehaničkog kompleta na kuku dinamometra.

2. Rukom podignite teret da rasteretite oprugu i postavite kvačicu na dno okova.

3. Otpustite teret. Padajući, opterećenje će istegnuti oprugu. Skinite uteg i izmjerite maksimalnu dužinu ravnalom prema položaju držača. NS opruge.

4. Ponovite eksperiment pet puta. Pronađite srednju vrijednost h i x

5. Count E 1cr = mgh i E 2av = kx 2/2

6. Unesite rezultate u tabelu:

Broj iskustva	h = x max, m	h cf = x cf, m	E 1cr, J	E 2cr, J	E 1sr / E 2sr
Broj iskustva	h = x max, m					h cf = x cf, m	E 1cr, J	E 2cr, J	E 1sr / E 2sr
	0,048
	0,054
	0,052
	0,050
	0,052

2. Proračune vršimo prema priručniku.

1. Sa pojmom energije ste se upoznali u 7. razredu fizike. Setimo ga se. Pretpostavimo da neko tijelo, na primjer kolica, sklizne s nagnute ravni i pomjeri blok koji leži u njegovoj osnovi. Kažu da kolica rade svoj posao. Zaista, djeluje na šipku određenom elastičnom silom i šipka se istovremeno kreće.

Još jedan primjer. Vozač automobila koji se kreće određenom brzinom pritisne kočnicu i automobil se nakon nekog vremena zaustavlja. I u ovom slučaju automobil radi protiv sile trenja.

Kažu to ako tijelo može raditi, onda ima energiju.

Energija se označava slovom E... Jedinica za energiju u SI je joule (1 J).

2. Postoje dvije vrste mehaničke energije - potencijalna i kinetička.

Potencijalna energija je energija interakcije tijela ili dijelova tijela u zavisnosti od njihovog međusobnog položaja.

Sva tijela u interakciji posjeduju potencijalnu energiju. Dakle, bilo koje tijelo je u interakciji sa Zemljom, dakle, tijelo i Zemlja imaju potencijalnu energiju. Čestice koje sačinjavaju tijela također djeluju jedna na drugu, a imaju i potencijalnu energiju.

Budući da je potencijalna energija energija interakcije, ona se ne odnosi na jedno tijelo, već na sistem tijela u interakciji. U slučaju kada je riječ o potencijalnoj energiji tijela podignutog iznad Zemlje, sistem se sastoji od Zemlje i tijela podignutog iznad Zemlje.

3. Hajde da saznamo koliko je jednaka potencijalna energija tijela podignutog iznad Zemlje. Da bismo to učinili, pronaći ćemo vezu između rada sile gravitacije i promjene potencijalne energije tijela.

Neka masa tijela m pada sa visine h 1 do visine h 2 (sl. 72). U ovom slučaju, pomjeranje tijela je h = h 1 – h 2. Rad gravitacije u ovoj oblasti će biti jednak:

A = F težak h = mgh = mg(h 1 – h 2), ili
A = mgh 1 – mgh 2 .

Veličina mgh 1 = E n1 karakterizira početni položaj tijela i predstavlja njegovu potencijalnu energiju u početnom položaju, mgh 2 = E n2 - potencijalna energija tijela u konačnom položaju. Formula se može prepisati na sljedeći način:

A = E n1 - E n2 = - ( E n2 - E n1).

Kada se položaj tijela promijeni, mijenja se i njegova potencijalna energija. dakle,

rad gravitacije jednak je promjeni potencijalne energije tijela, uzete sa suprotnim predznakom.

Znak minus znači da kada tijelo padne, sila gravitacije radi pozitivan rad, a potencijalna energija tijela se smanjuje. Ako se tijelo kreće prema gore, tada sila gravitacije vrši negativan rad, a potencijalna energija tijela se povećava.

4. Prilikom određivanja potencijalne energije nekog tijela potrebno je naznačiti nivo u odnosu na koji se ono mjeri, tzv nulti nivo.

Na primjer, potencijalna energija lopte koja leti iznad odbojkaške mreže ima jedno značenje u odnosu na mrežu, a drugo na pod teretane. Ovdje je važno da razlika između potencijalnih energija tijela u dvije tačke ne zavisi od odabranog nultog nivoa. To znači da rad potencijalne energije tijela ne zavisi od izbora nultog nivoa.

Često se površina Zemlje uzima kao nulti nivo pri određivanju potencijalne energije. Ako tijelo padne sa određene visine na površinu Zemlje, tada je rad gravitacije jednak potencijalnoj energiji: A = mgh.

dakle, potencijalna energija tijela podignutog na određenu visinu iznad nultog nivoa jednaka je radu sile gravitacije kada tijelo padne sa ove visine na nulti nivo.

5. Svako deformisano tijelo posjeduje potencijalnu energiju. Kada se tijelo sabije ili istegne, ono se deformira, sile interakcije između njegovih čestica se mijenjaju i nastaje elastična sila.

Neka se desni kraj opruge (vidi sliku 68) pomiče iz tačke sa koordinatom D l 1 do tačke sa koordinatom D l 2. Podsjetimo da je rad elastične sile jednak:

A =– .

Količina = E n1 karakterizira prvo stanje deformiranog tijela i predstavlja njegovu potencijalnu energiju u prvom stanju, vrijednost = E n2 karakteriše drugo stanje deformisanog tela i predstavlja njegovu potencijalnu energiju u drugom stanju. Možete napisati:

A = –(E n2 - E n1), tj.

rad elastične sile jednak je promjeni potencijalne energije opruge, uzete sa suprotnim predznakom.

Znak minus pokazuje da se kao rezultat pozitivnog rada, savršene sile elastičnosti, smanjuje potencijalna energija tijela. Kada se tijelo stisne ili istegne pod djelovanjem vanjske sile, njegova potencijalna energija raste, a elastična sila vrši negativan rad.

Pitanja za samotestiranje

1. Kada možete reći da tijelo ima energiju? Šta je jedinica za energiju?

2. Koja energija se naziva potencijalnom?

3. Kako izračunati potencijalnu energiju tijela podignutog iznad Zemlje?

4. Da li potencijalna energija tijela podignutog iznad Zemlje zavisi od nultog nivoa?

5. Kako izračunati potencijalnu energiju elastično deformisanog tijela?

Zadatak 19

1. Koji posao treba obaviti da bi se vreća brašna težine 2 kg prenijela sa police koja se nalazi na visini od 0,5 m u odnosu na pod na stol koji se nalazi na visini od 0,75 m u odnosu na pod? Kolika je potencijalna energija vreće brašna koja leži na polici u odnosu na pod i njena potencijalna energija kada je na stolu?

2. Koji posao treba učiniti da se opruga krutosti od 4 kN / m prenese u stanje 1 rastezanje 2 cm? Šta još treba uraditi da se izvorište prenese na državu 2 rastezanjem još 1 cm? Kolika je promjena potencijalne energije opruge kada se ona pređe u stanje 1 i od drzave 1 u državi 2 ? Kolika je potencijalna energija opruge u stanju 1 i u stanju da 2 ?

3. Na slici 73 prikazan je grafik zavisnosti sile gravitacije koja djeluje na loptu od visine lopte. Pomoću grafikona izračunajte potencijalnu energiju lopte na visini od 1,5 m.

4. Na slici 74 prikazan je graf zavisnosti izduženja opruge od sile koja na nju deluje. Kolika je potencijalna energija opruge s izduženjem od 4 cm?

Rad i kinetička energija

Kinetička energija je energija mehaničkog sistema, ovisno o brzini kretanja njegovih tačaka u odabranom referentnom okviru. Kinetička energija translacionog i rotacionog kretanja često je izolovana. Jednostavnim jezikom, kinetička energija je energija koju tijelo ima samo kada se kreće. Kada se tijelo ne kreće, kinetička energija je nula. Rad i brzina tijela se mijenjaju. Uspostavimo vezu između rada konstantne sile i promjene brzine tijela. U ovom slučaju, rad sile se može definisati kao. Modul sile prema drugom Newtonovom zakonu je jednak, a modul pomaka za jednoliko ubrzano pravolinijsko kretanje

. (19.3) Rad rezultantnih sila primijenjenih na tijelo jednak je promjeni kinetičke energije tijela. Ova izjava se naziva teorema kinetičke energije.

Kako je promjena kinetičke energije jednaka radu sile (19.3), kinetička energija se izražava u istim jedinicama kao i rad, tj. u džulima.

Ako je početna brzina kretanja tijela s masom jednaka nuli i tijelo poveća svoju brzinu na vrijednost, tada je rad sile jednak konačnoj vrijednosti kinetičke energije tijela:

... (19.4) Budući da se pomak poklapa u pravcu sa vektorom gravitacije, rad gravitacije je

... (20.1) to rad sile gravitacije ne zavisi od putanje kretanja tijela i uvijek je jednak proizvodu modula sile gravitacije na razliku visina u početnom i konačnom položaju. Prilikom kretanja prema dolje, rad gravitacije je pozitivan, a kada se kreće gore negativan. Rad gravitacije na zatvorenoj putanji je nula. Vrijednost potencijalne energije tijela podignutog iznad Zemlje zavisi od izbora nultog nivoa, tj. visina na kojoj se potencijalna energija uzima kao nula. Obično se pretpostavlja da je potencijalna energija tijela na površini Zemlje nula.

Rastvori, osmotski pritisak. Vlažnost: relativna i apsolutna vlažnost, tačka rose. Osmotski pritisak(označeno sa π) - višak hidrostatskog pritiska na rastvor, odvojen od čistog rastvarača polupropusnom membranom, pri čemu prestaje difuzija rastvarača kroz membranu (osmoza). Ovaj pritisak teži da izjednači koncentracije obje otopine zbog kontradifuzije molekula otopljene tvari i otapala. Veličina osmotskog pritiska stvorenog rastvorom zavisi od količine, a ne od hemijske prirode supstanci otopljenih u njoj (ili jona, ako se molekuli supstance disociraju), stoga je osmotski pritisak koligativno svojstvo rjesenje.

Što je veća koncentracija tvari u otopini, to je veći osmotski tlak koji ona stvara. Ovo pravilo, koje se zove zakon osmotskog pritiska, izražava se jednostavnom formulom, vrlo sličnom određenom zakonu idealnog gasa: gde je i izotonični koeficijent rastvora; C je molarna koncentracija otopine, izražena kombinacijom osnovnih SI jedinica, odnosno u mol / m 3, a ne u uobičajenom mol / l; R je univerzalna plinska konstanta; T je termodinamička temperatura otopine.

Apsolutna vlažnost vazduha (f) je količina vodene pare koja se stvarno nalazi u 1m 3 vazduha: f = m (masa vodene pare sadržane u vazduhu) / V (volumen vlažnog vazduha). Uobičajena jedinica za apsolutnu vlažnost je: (f) = g / Relativna vlažnost: φ = (apsolutna vlažnost) / (maksimalna vlažnost). Relativna vlažnost obično se izražava u postocima. Ove vrijednosti su međusobno povezane sljedećim omjerom: φ = (f × 100) / fmax. Tačka rose je temperatura do koje se vazduh mora ohladiti da bi para koja se u njemu nalazi postigla zasićenje i počela da se kondenzuje u rosu.

Kristalne i amorfne čvrste materije. Tečni kristali. Deformacija čvrstih tijela. Vrste deformacija.

Solid- agregatno stanje materije, koje karakteriše konstantnost oblika i priroda kretanja atoma, koji vrše male vibracije oko ravnotežnih položaja. Kristalna tijela... Čvrsto tijelo je teško komprimirati ili rastegnuti u normalnim uvjetima. Da bi čvrste materije dobile željeni oblik ili volumen u fabrikama i fabrikama, oni se obrađuju na specijalne mašine: struganje, blanjanje, brušenje. Amorfna tijela... Osim kristalnih, amorfna tijela se također nazivaju čvrstim tvarima.

AT- to su čvrste materije koje karakteriše neuređen raspored čestica u prostoru. Amorfna tijela uključuju staklo, ćilibar, razne druge smole i plastiku. Iako na sobnoj temperaturi ova tijela zadržavaju svoj oblik, kako temperatura raste, postepeno omekšaju i počinju teći kao tekućine: amorfna tijela nemaju određenu temperaturu niti se tope. Tečni kristali - Ovo je fazno stanje, u koje neke supstance prelaze pod određenim uslovima (temperatura, pritisak, koncentracija u rastvoru).

LCD poseduju istovremeno svojstva i tečnosti (fluidnost) i kristala (anizotropija). Čvrsta deformacija- promjena linearnih dimenzija ili oblika čvrstog tijela pod utjecajem vanjskih sila. Vrste deformacija : Deformacija istezanje ili kompresija- promjena bilo koje linearne veličine tijela (dužine, širine ili visine). Deformacija smjena- pomicanje svih slojeva čvrste tvari u jednom smjeru paralelno s određenom posmičnom ravninom. Deformacija savijanje- kompresija nekih dijelova tijela dok istezanje drugih. Deformacija torzija- rotacija paralelnih dijelova uzorka oko određene ose pod djelovanjem vanjske sile.

Mehanička svojstva čvrstih materija. Hookeov zakon. Kriva deformacije. Granice elastičnosti i čvrstoće. Plastična deformacija.

Pod djelovanjem primijenjenih vanjskih sila, kruta tijela mijenjaju svoj oblik i zapreminu - deformišu se. Ako se nakon prestanka djelovanja sile oblik i volumen tijela potpuno povrate, tada se deformacija naziva elastična, a tijelo je apsolutno elastično. Deformacije koje ne nestaju nakon prestanka djelovanja sila nazivaju se plastika a tijela su plastična. Postoje sljedeće vrste deformacija: zatezanje, kompresija, smicanje, torzija i savijanje. Zatezna deformacija karakterizira apsolutna delta elongacije l i relativno izduženje e: gdje l 0- početna dužina, l je konačna dužina šipke. Mehaničko naprezanje je omjer modula elastičnosti F i površine poprečnog presjeka tijela S: b = F / S.

U SI, 1Pa = 1N / m 2 se uzima kao jedinica mehaničkog naprezanja. Hookeov zakon: pri malim deformacijama, napon je direktno proporcionalan relativnom izduženju (b= E. e). Elastična deformacija naziva se onaj u kojem, nakon prestanka djelovanja sile, tijelo vraća svoj prvobitni oblik i veličinu. Plastična deformacija ime. tako da nakon prestanka opterećenja tijelo ne vraća svoj prvobitni oblik i veličinu. Plastičnoj deformaciji uvijek prethodi elastična deformacija.

Osnovna jednadžba molekularne kinetičke teorije plinova.

Model idealnog gasa se koristi za objašnjenje svojstava supstance u gasovitom stanju. Model idealnog plina pretpostavlja sljedeće: molekuli imaju zanemariv volumen u odnosu na zapreminu posude, privlačne sile ne djeluju između molekula, a sile odbijanja djeluju kada se molekuli sudaraju jedni s drugima i sa zidovima posude. Idealan pritisak gasa. Jedan od prvih i važnih uspjeha molekularne kinetičke teorije bilo je kvalitativno i kvantitativno objašnjenje fenomena tlaka plina na stijenkama posude. Kvalitativno objašnjenje pritiska sa zidovima posude u interakciji s njima prema zakonima mehanike kao elastičnim tijelima. Kada se molekul sudari sa zidom posude, projekcija vektora brzine na osu OH, okomitu na zid, mijenja svoj predznak u suprotan, ali ostaje konstantna u apsolutnoj vrijednosti

Stoga, kao rezultat sudara molekule sa zidom, projekcija njenog momenta na os OX mijenja se od do. Promjena količine gibanja molekule pokazuje da sila usmjerena sa zida djeluje na nju u sudaru. Promjena količine gibanja molekula jednaka je impulsu sile: Prilikom sudara molekul djeluje na zid silom jednakom sili u modulu prema trećem Newtonovom zakonu i usmjerenom suprotno. Molekula plina ima puno, a njihovi udari o zid slijede jedan za drugim s vrlo velikom frekvencijom. Prosječna vrijednost geometrijskog zbira sila koje djeluju na dio pojedinačnih molekula kada se sudare sa stijenkom posude je sila tlaka plina. Pritisak gasa jednak je odnosu modula sile pritiska i površine zida S: Na osnovu korišćenja osnovnih odredbi molekularne kinetičke teorije dobijena je jednadžba koja je omogućila izračunavanje pritiska gasa ako je poznata je masa m0 molekula plina, srednja vrijednost kvadrata brzine molekula i koncentracija n molekula: jednačina se naziva osnovna jednačina molekularne kinetičke teorije. Nakon što smo označili prosječnu vrijednost kinetičke energije translacijskog kretanja molekula idealnog plina: dobivamo. Pritisak idealnog gasa jednak je dve trećine prosečne kinetičke energije translacionog kretanja molekula sadržanih u jedinici zapremine.

Unutrašnja energija sistema kao funkcija stanja. Ekvivalencija toplote i rada. Prvi zakon termodinamike.

Unutrašnja energija - termodinamička funkcija stanja sistema, njegova energija, određena unutrašnjim stanjem. Sastoji se uglavnom od kinetičke energije kretanja čestica (atoma, molekula, jona , elektrona) i energije interakcije između njih (intra- i intermolekularne). Na unutrašnju energiju utiče promena unutrašnjeg stanja sistema pod uticajem spoljašnjeg polja; unutrašnja energija uključuje, posebno, energiju povezanu s polarizacijom dielektrika u vanjskom električnom polju i magnetizacijom paramagneta u vanjskom magnetskom polju.

Kinetička energija sistema kao celine i potencijalna energija usled prostornog uređenja sistema nisu uključene u unutrašnju energiju. U termodinamici se određuje samo promjena unutrašnje energije u različitim procesima. Dakle, unutrašnja energija je specificirana do određenog konstantnog člana, ovisno o energiji koja se uzima kao nula. Unutrašnja energija U kao funkciju stanja uvodi prvi zakon termodinamike, prema kojem je razlika između topline Q prenesene sistemu i rada W koju vrši sistem zavisi samo od početnog i krajnjeg stanja sistema i ne zavisi od putanje tranzicije, tj. predstavlja promjenu funkcije stanja Δ U gdje je U 1 i U 2- unutrašnja energija sistema u početnom i konačnom stanju, respektivno. Jednačina (1) izražava zakon održanja energije primijenjen na termodinamičke procese, tj. procesi u kojima se prenosi toplota. Za ciklični proces koji vraća sistem u njegovo početno stanje, Δ U= 0. U izohoričnim procesima, tj. procesi sa konstantnom zapreminom, sistem ne obavlja rad zbog ekspanzije, W= 0 i toplota koja se prenosi sistemu jednaka je priraštaju unutrašnje energije: Q v= Δ U... Za adijabatske procese, kada Q= 0, Δ U= -W. Unutrašnja energija sistem kao funkcija njegove entropije S, zapremine V i broja molova m i i-te komponente je termodinamički potencijal. Ovo je posljedica prvog i drugog principa termodinamike i izražava se omjerom:

Relativna dielektrična konstanta. Električna konstanta. Jačina električnog polja.

Dielektrična konstanta okolina - fizička veličina koja karakterizira svojstva izolacijskog (dielektričnog) medija i pokazuje ovisnost električne indukcije o jačini električno polje... Relativna permitivnost ε je bezdimenzionalna i pokazuje koliko je puta sila interakcije dva električna naboja u mediju manja nego u vakuumu. Ova vrijednost za zrak i većinu drugih plinova u normalnim uvjetima je blizu jedinice (zbog njihove male gustine).

Za većinu čvrstih ili tekućih dielektrika, relativna permitivnost se kreće od 2 do 8 (za statičko polje). Dielektrična konstanta vode u statičkom polju je prilično visoka - oko 80. Električna konstanta (e 0) je fizička konstanta uključena u ur-ciju električnih zakona. polja (npr. u Privjesni zakon) pri pisanju ovih ur-ny u racionalizovanom obliku, u skladu sa rezom formiranim električnim. i magn. jedinice Međunarodni sistem jedinica; prema staroj terminologiji, e. predmet se zove dielektrik. propusnost vakuuma. gdje je m 0 - magnetna konstanta. Za razliku od dielektrika. permeabilnost e, u zavisnosti od vrste supstance, temperature, pritiska i drugih parametara, E. p. e 0 zavisi samo od izbora sistema jedinica.

Na primjer, na gausovskom CGS sistem jedinica jačina električnog polja u klasičnoj elektrodinamici ( E) je vektorska karakteristika elektriciteta. polje, sila koja djeluje na jedinicu koja miruje u datom referentnom okviru. naplatiti. U ovom slučaju se pretpostavlja da je uvođenje naboja (nabijenog ispitnog tijela) u eksterno. polje E ne menja to. Ponekad, umjesto H. e. itd. jednostavno kažu "električno polje". Dimenzija N. e. p.u Gausovom sistemu - L -1/2 M 1/2 T -1, u SI - LMT -3 I -1; jedinica H. e. p. u SI je volt po metru (1 CGSE = 3,10 4 V/m). Distribucija H. e. n. u prostoru obično karakteriše familija linija E(linije sile električnog polja) tangente na to-psh u svakoj tački poklapaju se sa pravcima vektora E.

Kao i svako vektorsko polje, polje E je podijeljen na dvije komponente: potencijal ([ E n) = 0, E n = - j e) i vrtlog ( E B = 0, E B = [ A m]). Konkretno, električni. polje koje stvara sistem stacionarnih naelektrisanja je čisto potencijalno. Električni. polje zračenja, uključujući polje E u poprečnom e-mag. talasi su čisto vrtložni. Zajedno sa vektorom magn. indukcija V H. e. n. čini jedan 4-tenzor elektromagnetnog polja.

Dakle, čisto električni. polje datog sistema naelektrisanja postoji samo u "izabranom" referentnom okviru, gde su naelektrisanja nepomična. U drugim inercijskim okvirima, kretanje u odnosu na "izabrano" sa stupom. brzina u, postoji i magnetno polje V" = = [uE] / zbog pojave konvekcije. struje j= r u/ (r je gustina naelektrisanja u "izabranom" sistemu).

svrha rada: Uporedite smanjenje potencijalne energije istegnute opruge sa povećanjem kinetičke energije tela povezanog sa oprugom.

Oprema: dva stativa za frontalni rad; dinamometar za trening; lopta; konci; listovi bijelog i karbonskog papira; mjerni lenjir; Vage za trening sa stativom; utezi.

Teorijska osnova rad

Na osnovu zakona održanja i transformacije energije tokom interakcije tijela sa elastičnim silama, promjena potencijalne energije istegnute opruge trebala bi biti jednaka promjeni kinetičke energije tijela povezanog s njom, uzeta sa suprotnom znak:

Za eksperimentalnu provjeru ove tvrdnje, možete koristiti postavu prikazanu na slici 1. Dinamometar je fiksiran u nozi stativa. Za njegovu kuku na konac dužine 60-80 cm vezana je kugla.Na drugom stativu, na istoj visini sa dinamometrom, učvršćen je žljeb u stopalu. Nakon što ste postavili kuglicu na ivicu utora i držite je, odmaknite drugi stativ od prvog za dužinu konca. Ako odmaknete loptu od ruba žlijeba NS, tada će, kao rezultat deformacije, opruga dobiti zalihu potencijalne energije

gdje k- krutost opruge.

Zatim se lopta pušta. Pod dejstvom elastične sile lopta dobija brzinu V. Zanemarujući gubitke uzrokovane djelovanjem sile trenja, možemo pretpostaviti da će se potencijalna energija istegnute opruge u potpunosti pretvoriti u kinetičku energiju lopte:

Rice. 1

Brzina lopte može se odrediti mjerenjem dometa njenog leta. S u slobodnom padu sa visine h. Iz izraza proizilazi da. Onda

Cilj rada je provjeriti jednakost:

Uzimajući u obzir jednakost, dobijamo:

Radni nalog

1. Montirajte dinamometar i žlijeb na stative na iste
visina h= 40 cm od površine stola. Zakačite konac vezan za kuglicu na drugom kraju za kuku dinamometra. Stavite list bijelog papira i list karbonskog papira na njega na predviđeno mjesto gdje će lopta pasti.

Razmak između stativa treba biti takav da lopta bude na rubu žlijeba kada je navoj zategnut i da nema deformacije opruge dinamometra.

2. Odmaknite loptu od ivice žlijeba do očitavanja
dinamometar neće biti jednak F y = 2H. Pustite loptu i primijetite gdje pada na stol prema oznaci na komadu papira.

Ponovite eksperiment najmanje 10 puta. Odredite prosječan domet leta S k.č.

3. Izmjerite deformaciju NS dinamometarske opruge na elastičnu silu F y = 2 H. Izračunajte potencijalnu energiju istegnute opruge.

4. Izmjerite masu lopte pomoću vage i izračunajte povećanje kinetičke energije.

5. Rezultate mjerenja i proračuna unesite u tabelu za izvještavanje.

Tabela za izvještavanje

Iskustvo br.	F y, N	x, m	E p, J	Δ E p, J	m, kg	h, m v	S, m	E k, J	Δ E k, J

Jer , tada je granica relativne greške:

Granica apsolutne greške je jednaka:

Budući da je tada granica relativne greške jednaka:

Nepreciznosti ε m, ε g i ε h, u poređenju sa greškom ε s je zanemarljiv.

U ovom slučaju

Eksperimentalni uslovi za merenje dometa leta su takvi da su odstupanja rezultata pojedinačnih merenja od srednje vrednosti značajno veća od granice sistematske greške ( ), tako da možemo pretpostaviti da ().

Granica slučajne greške aritmetičke sredine za mali broj mjerenja N nalazi se po formuli:

,

gdje se izračunava po formuli

dakle,

Granica apsolutne greške u mjerenju kinetičke energije sfere jednaka je:

7. Donesite zaključak o ispunjenosti zakona održanja energije tako što ćete provjeriti da li zajedničke tačke imaju intervale

Kontrolna pitanja

1. Dajte definiciju energije.

2. Šta se zove kinetička energija?

3. Izraziti kinetičku energiju u terminima zamaha tijela.

4. Koje sile se nazivaju konzervativnim?

5. Šta se zove potencijalna energija?

6. Zapišite izraz za potencijalnu energiju tijela podignutog iznad površine Zemlje i sabijene opruge.

7. Formulirajte zakon održanja ukupne mehaničke energije.

8. U kojim slučajevima je ispunjen zakon održanja mehaničke energije?

9. Da li je zakon održanja ukupne mehaničke energije ispunjen u zatvorenom sistemu, u kojem djeluju samo sila gravitacije i elastične sile?

10. Kako možete objasniti netačnu jednakost promjena potencijalne energije opruge i kinetičke energije lopte?

Kreativna radionica

Dvije opruge sa koeficijentima krutosti k 1 i k 2 spojene su jednom serijski, a drugi put paralelno. Kolika bi trebala biti krutost k opruge koja bi mogla zamijeniti ovaj sistem od dvije opruge? Početna dužina opruga je ista.

Laboratorijski rad br. 4